Ukrainian Journal of Physical Optics 

Volume 22, Issue 2, 2021
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Anisotropy of acousto-optic figure of merit in the XZ plane of Pb5Ge3O11 crystals

Mys O., Orykhivskyi I., Kostyrko M. and Vlokh R.

O. G. Vlokh Institute of Physical Optics, 23 Dragomanov Street, 79005 Lviv, Ukraine

Download this article

Abstract. We use both numerical and analytical approaches when deriving phenomenological relations for the effective elasto-optic coefficients. Anisotropies of the effective elasto-optic coefficients and the acousto-optic (AO) figure of merit are calculated for a particular case of AO interactions in the principal XZ plane of Pb5Ge3O11 crystals. Using the approximation of linearly polarized optical eigenwaves, we find that the maximal AO figure of merit for the isotropic diffraction is equal to 30.3×10–15 s3/kg. It is achieved for the AO interactions of the type II at the angle q = 10 deg with respect to the X axis. In case of the anisotropic AO diffraction, the appropriate maximum, 12.4×10–15 s3/kg, is reached for the AO interactions of the type IX at the angle q = 187.9 deg.

Keywords: acousto-optics, anisotropy, lead germanate crystals

UDC: 535.4+535.55
Ukr. J. Phys. Opt. 22 110-122
doi: 10.3116/16091833/22/2/110/2021
Received: 30.03.2021

Анотація. Використано числовий і аналітичний підходи до виведення феноменологічних співвідношень для ефективних еластооптичних коефіцієнтів (ЕЕК). Анізотропію ЕЕК і показника акустооптичної (АО) якості розраховано для конкретного випадку АО-взаємодій у головній площині XZ кристалів Pb5Ge3O11. Використовуючи наближення лінійно поляризованих оптичних власних хвиль, нами знайдено, що максимальний показник АО-якості для ізотропної дифракції дорівнює 30,3×10–15 с3/кг. Він досягається для випадку АО-взаємодій типу II під кутом q = 10 град відносно осі X. У разі анізотропної АО-дифракції відповідний максимум 12,4×10–15 с3/кг має місце для АО-взаємодій типу IX під кутом q = 187,9 град.

Ключові слова: акустооптика, анізотропія, кристали германату свинцю
REFERENCES
  1. Iwasaki H, Miyazawa S, Koizumi H, Sugii K and Niizeki N, 1972. Ferroelectric and optical properties of Pb5Ge3O11 and its isomorphous compound Pb5Ge2SiO11. J. Appl. Phys. 43: 4907-4915. doi:10.1063/1.1661044
  2. Shaskolskaya M P. Acoustic crystals. Moscow: Nauka (1982).
  3. Dougherty J P, Sawaguchi E and Cross L E, 1972. Ferroelectric optical rotation domains in single crystal Pb5Ge3O11. Appl. Phys. Lett. 20: 364-365. doi:10.1063/1.1654188
  4. Mys Oksana, Martynyuk-Lototska Iryna, Pogodin Artem, Dudok Taras, Adamenko Dmitro, Krupych Oleh, Skab Ihor, and Vlokh Rostyslav, 2019. Acousto-optic interaction between circularly polarized optical eigenwaves: example of AgGaS2 crystals. Appl. Opt. 58: 6012-6018. doi:10.1364/AO.58.006012
  5. Mys O, Adamenko D, Skab I and Vlokh R, 2019. Anisotropy of acousto-optic figure of merit for the collinear diffraction of circularly polarized optical waves at the wavelength of isotropic point in AgGaS2 crystals. Ukr. J. Phys. Opt. 20: 73-80. doi:10.3116/16091833/20/2/73/2019
  6. Mys O, Krupych O, Martynyuk-lototska I, Orykhivskyi I, Kostyrko M and Vlokh R. 2021. Types of acousto-optic interactions between acoustic and circularly polarized optical waves. Case of Pb5Ge3O11 crystals. Appl. Opt. 60: 2846-2853. doi:10.1364/AO.421231
  7. Iwasaki H and Sugii K, 1971. Optical activity of ferroelectric 5PbO3•GeO2 single crystals. Appl. Phys. Lett. 19: 92-93. doi:10.1063/1.1653848
  8. Sirotin YuI and Shaskolskaya M P. Fundamentals of crystal physics. Moscow: Mir Publishers (1982).
  9. Martynyuk-lototska I, Mys O, Dudok T, Mytsyk B, Demyanyshyn N, Kostyrko M, Adamenko D, Trubitsyn M and Vlokh R. 2020. Experimental determination of full matrices of the piezo-optic and elasto-optic coefficients for Pb5Ge3O11 crystals. Appl. Opt. 59: 6717-6723. doi:10.1364/AO.398218
  10. Brugger K, 1965. Pure modes for elastic waves in crystals. J. Appl. Phys. 36: 759-768. doi:10.1063/1.1714215
  11. Fedorov F I. Theory of elastic waves in crystals. Springer Science & Business Media (1968). doi:/10.1007/978-1-4757-1275-9
  12. Mys O, Adamenko D, Kostyrko M and Vlokh R, 2019. Conditions for analytical description of anisotropy of acousto-optic figure of merit under consideration of polarization non-orthogonality of acoustic waves. Ukr. J. Phys. Opt. 20: 175-185. doi:10.3116/16091833/20/4/175/2019
  13. Mys O, Adamenko D, Krupych O and Vlokh R, 2018. Effect of deviation from purely transverse and longitudinal polarization states of acoustic waves on the anisotropy of acousto-optic figure of merit: the case of Tl3AsS4 crystals. Appl. Opt. 57: 8320-8330. doi:10.1364/AO.57.008320
  14. Yamada T, Iwasaki H and Niizeki N, 1972. Elastic and piezoelectric properties of ferroelectric 5PbO3•GeO2 crystals. J. Appl. Phys. 43: 771-775. doi:10.1063/1.1661278
  15. Martynyuk-Lototska I, Mys O, Dudok T, Mytsyk B, Demyanyshyn N, Kostyrko M, Adamenko D, Trubitsyn M and Vlokh R, 2020. Experimental determination of full matrices of the piezo-optic and elasto-optic coefficients for Pb5Ge3O11 crystals. Appl. Opt. 59: 6717-6723. doi:10.1364/AO.398218
  16. Vlokh O, Kushnir O and Shopa Ya, 1992. Gyrotropic properties of Pb5Ge3O11 ferroelectric crystals. Ferroelectrics. 126: 97-102. doi:10.1080/00150199208227042
  17. Konstantinova A F, Grechushnikov B N, Bokut B V and Valyashko E G. Optical properties of crystals. Minsk: Navuka i Technika (1995).
  18. Mys O, Kostyrko M and Vlokh R, 2016. Anisotropy of acousto-optic figure of merit for LiNbO3 crystals: anisotropic diffraction. Appl. Opt. 55: 2439-2450. doi:10.1364/AO.55.002439
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics